Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bremssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solches Bremssystem ist aus
Nachteilig an den elektronischen Bremssystemen nach dem Stand der Technik sind der komplizierte Aufbau und die damit verbundenen Produktionskosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bremssystem für ein Fahrzeug zu schaffen, das sich durch einen einfachen Aufbau bei mindestens gleicher Zuverlässigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße elektronische Bremssystem für ein Fahrzeug weist mindestens zwei Bremskreise auf, wenigstens einen ersten Bremskreis und einen zweiten Bremskreis. Gesetzlich gefordert sind zwei unabhängige Betriebsbremskreise. Die meisten Fahrzeuge haben aus Kostengründen genau zwei Betriebsbremskreise. Es sind einem jeden Bremskreis eine oder mehrere Achsen mit den dort befindlichen Radbremsen zugeordnet. Dabei ist jeweils einem Betriebsbremskreis eine Bremskreissteuerung zugeordnet, welche die Bremswirkung der Radbremsen des Betriebsbremskreises bestimmt. Allen Bremskreissteuerungen ist ein Zentralsteuergerät übergeordnet, das die Gesamtbremswirkung der Betriebsbremse vorgibt, die Bremskraftverteilung zwischen den Achsen des Fahrzeugs und gegebenenfalls zwischen Zugfahrzeug und Anhänger regelt sowie gegebenenfalls auch noch weitere Funktionen wie das Einlesen weiterer Sensoren, Ansteuern weiterer Aktoren wie zum Beispiel der Dauerbremse oder eine Fahrdynamikregelung ausführt. Dieses Zentralsteuergerät enthält vorzugsweise auch eine der Bremskreissteuerungen (zweite Bremskreissteuerung des zweiten Bremskreises).
Erfindungsgemäß kann bei Ausfall des Zentralsteuergeräts oder bei erkanntem Fehler die andere Bremskreissteuerung (erste Bremskreissteuerung des ersten Bremskreises) autark vom Zentralsteuergerät die Ansteuerung ihres ersten Bremskreises wahrnehmen. Ebenso kann bei Ausfall dieser autarken ersten Bremskreissteuerung das Zentralsteuergerät den verbliebenen zweiten Bremskreis weiterhin betreiben. Dies bietet ohne erhebliche Mehrkosten eine Steigerung der Sicherheit mit dem Vorteil, eine Notbremswirkung zu gewährleisten, selbst wenn das Zentralsteuergerät oder die autarke Bremskreissteuerung komplett ausfallen würde. Dabei muss die autarke erste Bremskreissteuerung in ihrer einfachsten Ausführung lediglich ein die Bremsanforderung des Fahrers repräsentierendes Signal einlesen und verarbeiten können, sowie unabhängig vom Zentralsteuergerät mit elektrischer Energie versorgt werden.
Da bei dieser Schaltung eine im Fehlerfall eventuell unkontrolliert agierende autarken ersten Bremskreissteuerung vom Zentralsteuergerät nicht durch Abschalten der Versorgungsspannung abgeschaltet werden kann, muß die autarke erste Bremskreissteuerung einen solchen Fehler sicher erkennen und sich definiert selbst abschalten (Fail-Silent-Verhalten).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedem Bremskreis eine autonome Spannungsversorgung zugeordnet. Damit kann der gesetzlichen Forderung, dass ein Bremssystem als System zweier vollständig von einander unabhängiger Bremskreise aufgebaut sein muss, auch mit einer rein elektrischen Bremssteuerung Folge geleistet werden. Eine mechanisch-pneumatische Bremssteuerung als zweiter Kreis, die bei Ausfall der elektronischen Bremssteuerung ein Rückfallsystem bildet, ist dann nicht mehr erforderlich. Dies bietet insbesondere bei Nutzfahrzeugen den Vorteil, dass pneumatische Verrohrungen und Leitungen zur Fahrerkabine entfallen können. Des Weiteren entfallen viele Bauteile in dem einer pneumatischen Bremssteuerung eigenen Fußbremsmodul.
Vorzugsweise weist jede autonome Spannungsversorgung eine Batterie oder sonstige elektrische Energiequelle (z.B. Doppelschichtkondensatoren, Brennstoffzellen) auf, die ausschließlich den zugeordneten Bremskreis speist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann z.B. mit lediglich zwei Bleibatterien von wenigen Ah Fassungsvermögen die gesetzliche Forderung bei Ausfall der zentralen Nutzkraftfahrzeugstromversorgung erfüllt werden. Die Batterien müssen sicher von einander und vom Bordnetz getrennt werden können. Ein Fehler in einer elektrischen Energiequelle oder dem Bordnetz darf niemals zum Ausfall beider elektrischer Energiequellen oder beider daran angeschlossener Bremskreissteuerungen führen.
Vorteilhafter Weise werden die Spannungsversorgungen von einer Überwachungselektronik auf ihren Zustand überwacht. Die Spannungsversorgungen weisen vorzugsweise Batterien auf, deren Strom-, Spannungs- und/oder Temperaturverläufe von einer Überwachungselektronik aufgenommen werden. Eine Schaltung sorgt für eine optimale Beladung der Batterien, sowie gegebenenfalls die Ermittlung ihres aktuellen Lade- und/oder "Gesundheits-"Zustandes.
Erfindungsgemäß umfasst das elektronische Bremssystem ein Bremspedal oder ein gleich wirkendes Bremsanforderungsaufnahmegerät, das zwei autonome Bremsanforderungsaufnahmemittel aufweist. Jedes der Bremsanforderungsaufnahmemittel ist dabei vorteilhafter Weise als doppelter Weg-, Winkel- oder Kraftsensor oder als einzelner Weg- bzw. Winkel- und ein einzelner Kraftsensor ausbildet. Auf diese Art ist die notwendige Erkennung von Fehlern innerhalb der Aufnahmemittel gewährleistet. Als Weg- bzw. Winkelsensoren kommen beispielsweise Potentiometer, Hall-Sensoren, magnetoresistive Sensoren oder Tauchspulen in Betracht.
Erfindungsgemäß ist eines der beiden Aufnahmemittel dabei mit dem Zentralsteuergerät verbunden, das andere mit der autarken ersten Bremskreissteuerung.
Im Normalbetrieb erfolgt die Berechnung der Sollwerte für die Ansteuerung der Bremskreise über das Zentralsteuergerät. Bei Ausfall des Zentralsteuergeräts, wenn dieses einen Fehler meldet oder die autarke erste Bremskreissteuerung Fehler in den Signalen vom Zentralsteuergerät erkennt, übernimmt die autarke erste Bremskreissteuerung die Berechnung der Sollwerte für die Ansteuerung ihres Kreises zumindest nach Maßgabe der Signale des mit ihr verbundenen Bremsanforderungsaufnahmemittels selbst.
Sowohl das Zentralsteuergerät als auch die autarke erste Bremskreissteuerung enthalten jeweils bevorzugt zwei Rechner, die sich gegenseitig überwachen, wobei bei erkannter Fehlfunktion im einen Rechner der andere das gesamte Zentralsteuergerät, bzw. die gesamte autarke erste Bremskreissteuerung abschaltet (Fail-Silent-Verhalten). Dadurch kann keine die Bremskreissteuerung im Falle eines Fehlers in einem ihrer Rechner sicherheitskritische, falsche Eingriffe ausführen.
Ein Ausfall einer der Bremskreise wird beispielsweise dem Fahrer von den intakten Teilen des Bremssystems oder anderen im Fahrzeug vorhandenen Einrichtungen angezeigt.
Im Weiteren weist das elektronische Bremssystem vorteilhaft eine Überwachungseinrichtung für die Bremsanforderungsaufnahmemittel auf. Ein Bremsanforderungsaufnahmemittel kann beispielsweise anhand der per CAN übermittelten Werte des anderen Bremsanforderungsaufnahmemittels überwacht werden.
Bei einem Sattelzug mit Auflieger oder einem Lkw mit Anhänger weist das elektronische Bremssystem vorzugsweise ein Anhängersteuermodul auf, das einerseits mit dem Zentralsteuergerät elektrisch, andererseits mit der autarken Bremskreissteuerung elektrisch und/oder pneumatisch verbunden ist. Damit wird in einfacher Weise der gesetzlichen Forderung nach einer zweikreisigen Ansteuerung des Anhängers bzw. Aufliegers Rechnung getragen.
Bei moderneren Anhängern mit einem elektronischen Bremssystem (TEBS) kann zusätzlich zur pneumatischen Ansteuerung des Anhängers auch noch eine elektrische Ansteuerung vorgesehen werden, insbesondere über CAN ISO 11992 oder einem Nachfolgesystem. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Schnittstelle zum Anhänger am Zentralsteuergerät oder an der autarken Bremskreissteuerung angeschlossen.
Zukünftig sind auch Bremssysteme im Hänger vorgesehen, die ohne pneumatische Bremssollwertübermittlung vom Zugfahrzeug auskommen. Deren elektrisches Ansteuersignal muß jedoch zweikreisig gebildet werden. Deshalb sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass sowohl das Zentralsteuergerät als auch die autarke Bremskreissteuerung an der Bildung des Bremsensollwertes, der über die elektrische Schnittstelle zum Hänger gesendet wird, beteiligt sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Zentralsteuergerät des elektronischen Bremssystems mit weiteren elektronischen Geräten, beispielsweise einem zentralen Bordrechner kommunizieren. Diese Kommunikation kann beispielsweise über einen genormten CAN-Bus erfolgen.
Um eine sichere Bremsung mit hoher Spurtreue und hinreichenden Seitenführungskräften auch bei einem Ausfall des Zentralsteuergeräts zu gewährleisten, kann die autarke Bremskreissteuerung vorteilhafter Weise eine eigene ABS-Regelung aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das elektronische Bremssystem redundante Datenübertragungsleitungen auf. Vorzugsweise werden diese räumlich von einander getrennt geführt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das elektronische Bremssystem derart aufgebaut, dass im Fehlerfall eine Datenübermittlung über eine Stromversorgungsleitung erfolgen kann (PLC-Kommunikation). Dabei ist zwar im Allgemeinen nur eine geringere Datenübertragungsrate möglich, die notwendigsten Befehle und Informationen können aber sicher übermittelt werden. Durch diese Technik wird eine gewisse Redundanz der Datenübertragung gewährleistet, ohne in zusätzliche Leitungen investieren zu müssen.
Vorteilhafter Weise weist mindestens ein Bremskreis des elektronischen Bremssystems eine redundante Kommunikationsleitung zur Zentralsteuereinheit auf. Fällt eine Kommunikationsleitung aus, wird sie durch die redundante Kommunikationsleitung ersetzt. Auf diese Wiese bleibt bei lediglich einem Schaden in der Kommunikationsleitung die volle Funktionalität erhalten.
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit, Redundanz in der Kommunikation zu realisieren, besteht in einer direkten Datenübertragungsleitung zwischen den Bremskreisen, sodass sich eine Ringstruktur ergibt, in der die Daten auf zwei Wegen ihr Ziel finden können und bei einem Schaden in einer Verbindungsleitung den entgegengesetzten Weg nehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Zentralsteuergerät und/oder die autarke Bremskreissteuerung derart aufgebaut, dass sie auf eine Eingabe eines Parkbremssignals hin auch die Feststellbremse ansteuern. Dies bietet bei einem Nutzfahrzeug gegenüber einer konventionellen pneumatischen Parkbremse den Vorzug, dass auch die pneumatischen Leitungen der Parkbremse aus dem Führerhaus des Nutzfahrzeuges entfallen können.
In einer besonderen Variante hierzu ist zumindest eine Bremskreissteuerung derart aufgebaut, dass sie auf eine direkte Eingabe eines Parkbremssignals die Radbremse zuspannt.
In einer hierzu besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Radbremsen mit den Mitteln der Betriebsbremse zugespannt und ein zusätzlicher, von der Bremskreissteuerung steuerbarer Aktuator hält die Radbremsen mit rein mechanischen Mitteln im zugespannten Zustand.
In einer zu dieser Variante alternativen Ausgestaltung ist zumindest eine der beiden Bremskreissteuerungen derart aufgebaut, dass sie ein Ventil ansteuert, das seinerseits Federspeicherbremszylinder an mindestens einer der Achsen des anderen Bremskreises be- oder entlüftet. Damit sind auch bei einem Ausfall der jeweils anderen Bremskreissteuerung die Radbremsen der ausgefallenen Bremskreissteuerung ansteuerbar.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung versorgt der Bremskreis der autarken Bremskreissteuerung die weiteren Bremskreise redundant mit Spannung. Bei Ausfall des Zentralsteuergeräts werden dann die weiteren Bremskreise von der autarken Bremskreissteuerung angesteuert. Dies entspricht zwar nicht der derzeitigen gesetzlichen Forderung der Kreistrennung, führt aber zu einer besseren Bremswirkung bei Ausfall eines Kreises, die sich bei geänderter Gesetzeslage als vorteilhaft erweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralsteuergerät in einem zentralen Bordrechner integriert. Dadurch werden Bauraum und störungsanfällige Kommunikationsleitungen eingespart, und elektronische Bauelemente wie z. B. eine Spannungsversorgung der Elektronik können gemeinsam verwendet werden.
Vorteilhafter Weise weist das elektronische Bremssystem eine zusätzliche Kommunikationsverbindung von der autarken Bremskreissteuerung zu anderen Fahrzeugsystemen auf. Auf diese Art werden auch bei einem Ausfall des Zentralsteuergeräts Daten mit anderen Fahrzeugsystemen ausgetauscht, beispielsweise um eine Wammeldung an den Fahrer zu ermöglichen oder höhere Funktionen, beispielsweise eine Dauerbremsansteuerung oder eine Beeinflussung des Antriebs zu Geschwindigkeitsbegrenzung auszuführen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wirkt der Bremskreis der autarken Bremskreissteuerung auf die Vorderachse, bzw. die Vorderachsen. Dies ist wegen der kurzen Kabellängen von dem Bremspedal im Führerhaus zur Achse vorteilhaft. Die Gefahr der Signalverfälschung ist damit geringer als bei einem Kabel zur Hinterachse.
Die dem Zentralsteuergerät bzw. der autarken Bremskreissteuerung untergeordneten Mittel zur Erzeugung des Bremsdrucks sind vorzugsweise als intelligente Druckregelmodule ausgebildet, die zu den zugeordneten Reibungsbremsen an den Rädern den von der Bremskreissteuerung ermittelten Sollbremswirkung entsprechenden Bremsdruck einregeln.
Diese können als Einkanal- oder Zweikanaldruckregelmodule ausgeführt sein. Jeder Kanal der Druckregelmodule kann eine oder mehrere Reibungsbremsen steuern. Eines der Druckregelmodule ist dergestalt ausgebildet, dass seine Steuerelektronik auch die Funktion der autarken Bremskreissteuerung ausführt.
Vorteilhafter Weise sind zumindest rudimentäre ABS-Algorithmen in den Druckregelmodulen oder in der autarken Bremskreissteuerung integriert, so dass bei Ausfall von anderen Druckregelmodulen, Bremskreissteuerungen oder des Zentralsteuergerätes noch eine ABS-Funktionalität an der oder den unbeeinträchtigten Achsen möglich ist.
In einer Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen elektronischen Bremssystems. Eine Spannungsversorgung 1 mit einer elektronischen Kontrolleinheit 2 zu ihrer Überwachung umfasst zwei galvanisch von einander getrennte Batterien 3, 4. Die erste Batterie 3 versorgt eine autarke Bremskreissteuerung 5, die zweite ein Zentralsteuergerät EBS-ECU eines elektronischen Bremssystems. Ein Zwei-Kanal Hinterachs-Druckregelmodul HA-EPM (2K) und optional ein weiteres Hinterachs-Druckregelmodul HA-EPM wird über das Zentralsteuergerät EBS-ECU des elektronischen Bremssystems von der zweiten Batterie mit Spannung versorgt. Ein Bremspedal 6 verfügt zur Aufnahme von einem Bremsanforderungssignal über zwei Doppelpotentiometer 7, 8. Das Zentralsteuergerät EBS-ECU fordert über eine Analogleitung vom dem ersten Doppelpotentiometer 7 ein analoges Signal einer Bremsanforderung ab und verarbeitet es zu elektrischen Ansteuerungssignalen für die, in einen Druckregelmodul integrierte, autarke Bremskreissteuerung 5, das Zwei-Kanal Hinterachs-Druckregelmodul HA-EPM (2K) und das optionale Hinterachs-Druckregelmodul HA-EPM, die über einen CAN-Bus übermittelt werden. Im Falle eines ABS-Eingriffs an der Vorderachse steuert die autarke Bremskreissteuerung 5 zu schnelleren Drucksteuerung Drucksteuerventile PCV an. Über eine CAN-Bus-Datenleitung ist das Zentralsteuergerät EBS-ECU mit der elektronischen Kontrolleinheit 2 zur Überwachung der Spannungsversorgung 1 verbunden.
Bei Ausfall der elektronischen Kontrolleinheit EBS-ECU benutzt die autarke Bremskreissteuerung 5 das über eine weitere, direkte Analogleitung vom zweiten Doppelpotentiometer 8 eingelesene, analoge Signal als Bremsanforderung und verarbeitet es, gegebenenfalls zusammen mit anderen Informationen zu einem Solldruck, der mit dem integrierten Druckregelmodul, im ABS- Fall auch unter Zuhilfenahme der Drucksteuerventile, physikalisch umgesetzt und an die Bremszylinder der Radbremsen ausgegeben wird. Die von der autarken Bremskreissteuerung 5 angesteuerten Fahrzeugbremsen, in der Regel die der Vorderachse, sind daher auch bei Ausfall des Zentralsteuergeräts EBS-ECU noch betätigbar. Wegen ihrer eigenen Spannungsversorgung kann die autarke Bremskreissteuerung 5 im Fehlerfall nicht vom Zentralsteuergerät EBS-ECU von der Versorgungsspannung abgeschaltet werden. Die autarke Bremskreissteuerung 5 ist derart aufgebaut, dass sie einen solchen Fehler sicher erkennt und sich definiert selbst abschaltet (Fail-Silent-Verhalten).
Sowohl das Zentralsteuergerät EBS-ECU als auch die autarke Bremskreissteuerung 5 sind über eigene Datenleitungen und einem Fahrzeug-CAN-Bus mit weiteren, nicht dargestellten Fahrzeugsteuereinheiten wie beispielsweise einem zentralen Bordrechner verbunden.
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